2327

спирт должны быть добавлены загустители, например касторовое масло). При этом дизельное топливо подается через клапан 7.

Вследствие такого выполнения на режимах малых частот и малых нагрузок, когда расход спирта снижается, расход (доля) дизельного топлива возрастает.

При определенных размерах разгрузочного пояска нагнетательного клапана 10 появляются режимы, когда спирт нагнетается насосом 1, при этом клапан 10 поднимается, но не выходит пояском 11 из седла, а значит, спирт в ЛВД 8 не поступает. Зато дизельное топливо вводится в ЛВД через клапан РНД 7 и форсунку 9. В этом случае впрыскивается чисто дизельное топливо.

В большинстве исследований было показано, что без применения специальных присадок, активизирующих рабочий процесс дизеля, возможно замещение спиртом до 50&55 % дизельного топлива на режи& мах полных нагрузок, со снижением этой доли до нуля на режимах малых нагрузок и холостых ходов.

Фирма MAN при создании дизеля для работы на чистом спирте вынуждена была увеличить степень сжатия до 25, в результате чего произошло значительное нагружение кривошипно&шатунного механизма.

Для степени сжатия 16&18 фирма применила принудительное зажигание (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Гибридная схема дизеля с принудительным зажиганием: 1 – поршень; 2 – блок цилиндров; 3 – свеча зажигания; 4 – форсунка;

5 – головка цилиндров; 6 – болт

231

При этом процесс смесеобразования сохранился как у дизеля. При впрыске метанола обнаружена сильная кавитация топливной аппаратуры, для ликвидации которой потребовалось охлаждение насоса и повышение давления на всасывании.

Известно улучшение воспламеняемости спиртов с помощью свечи накаливания.

Применение газоконденсатных топлив

Газоконденсаты условно могут быть разделены на легкие и тяжелые; оба сорта могут быть применены в дизелях.

При работе на газовом конденсате широкого фракционного состава с соответствующей регулировкой топливной аппаратуры эффективная мощность и удельный расход топлива оставались на том же уровне, что и при работе на дизельном топливе, во всем диапазоне изменения нагрузок и частоты вращения коленчатого вала.

Газовый конденсат широкого фракционного состава или близкий к бензиновым фракциям может быть использован в качестве дизельного топлива при дополнительных регулировках топливной аппаратуры – по типу многотопливного двигателя. Двигатель также может работать по принципу двух систем с обогащением впускного воздуха (что заметно усложнит топливную систему обычного дизеля, особенно с жидкостным охлаждением) или на смеси двух видов газовых конденсатов.

Применение водорода в качестве топлива

Целесообразность использования водорода в качестве топлива определяется не только истощением топливных ресурсов, но и тем, что водород является наиболее экологически чистым топливом для тепловых двигателей и установок.

Подача водорода в смеси с воздухом на впуске в дизель невозможна из&за низкой температуры воспламенения смеси (преждевременное воспламенение в момент подачи). Возможна работа дизеля с подачей примерно 30 % Н2 на впуске перед закрытием впускного клапана, затем

– обычный впрыск дизельного топлива. Предпочтительно подавать Н2 в конце процесса сжатия, а воспламенение начинать до подачи всего заряда Н2. Впрыск Н2 начинают за 5° до ВМТ при давлении 10 МПа.

232

Более перспективно в ближайшем будущем применение Н2 в качестве добавки к топливу, причем как к дизельному (например с помощью системы с РНД), так и к бензиновому.

Введение 4–5 % водорода в бензовоздушный заряд расширяет пределы воспламенения смеси до = 1,7 при степени сжатия = 5 и до= 2,0 при = 11. Область детонационного сгорания не изменяется. С увеличением > 1,1 с добавкой водорода содержание СО и СН достигает минимальных концентраций: СО = 0,04–0,06 %; СН = 50–60 млн&1. Содер& жание NOx в ОГ снижается до 40–60 млн&1 при = 6,5 и = 1,6. Реко& мендовано вводить 5 %&ю добавку водорода в воздушно&топливный заряд только на режимах холостого хода и малых нагрузок, что позволяет обеспечить устойчивую работу двигателя при = 1,5–1,6 и снизить токсичность.

В настоящее время наиболее широко ведутся работы по переобо& рудованию легковых автомобилей на питание водородом.

Схема такой системы показана на рис. 6.8.

Рис. 6.8. Схема системы подачи водорода легкового автомобиля:

1 – впускной коллектор двигателя; 2 – двигатель; 3,5,8 – трубки подвода водорода; 4, 6 – игольчатые клапаны; 7,13 – манометры; 9 – указатель уровня; 10 – штуцер заправочный; 11,19&клапаны предохранительные (на давление 0,59 МПа); 12 – мембрана предохранительная;

14 – теплообменник; 15 – насос системы подогрева бака водорода; 16, 17 – 1&й и 2&й круги циркуляции системы подогрева; 18 – криогенный

сосуд водорода (вместимость 230 л); 20 – клапан запирающий; 21 – диафрагма; 22 – вакуум&насос

Некоторые особенности топливных систем двигателей, работаю& щих на водороде, приведены на рис. 6.9, 6.10, 6.11.

На схемах условно не показаны датчики, фиксирующие положение заслонок и отдельных узлов.

233

а

б

Рис. 6.9. Схемы системы питания двигателя бензином и водородом с помощью карбюратора (а) и узла подачи водорода под впускной

клапан (б); 1 – датчик давления водорода; 2 – отсечной клапан; 3 – рабочий клапан; 4 – жиклер водорода; 5 – игла жиклера; 6 – винт холостого хода; 7 – диффузор водородной смесительной камеры, 8 – водородная форсунка; 9, 10 – диффузоры бензиновой смесительной камеры;

11 – воздушная заслонка; 12 – поплавковая камера с дозирующими системами; 13 – кулачок привода дроссельной заслонки смесительной камеры; 14 – дроссельная заслонка бензиновой смесительной камеры; 15 – датчик положения педали управления дроссельной заслонки; 16 – педаль управления подачей топлива; 17 – двигатель; 18 – датчик частоты вращения; 19 – дроссельная заслонка водородной смесительной камеры; 20 – датчик положения дроссельной заслонки; 21 – вакуумная камера регулятора расхода водорода; 22 – блок управления расходом водорода; 23 – большая мембрана регулятора; 24&воздушная камера; 25 – шток иглы; 26 – малая мембрана; 27 – водородная камера;

28 – штуцер подвода водорода; 29 – впускной трубопровод; 30 – седло клапана; 31 – впускной клапан; I – водород; II – воздух; III – бензин

234

Использование газов с низкой теплотой сгорания

Рабочие процессы ДВС, использующих газы с низкой теплотой сгорания (Нu 4,665 МДж/м3), исследованы недостаточно, так как в течение длительного времени считалось нецелесообразным примене& ние их в качестве топлива.

Газы такого типа обычно имеют повышенное содержание углекис& лоты, инертных газов, низкое содержание метана и значительную разбавленность атмосферным воздухом. Отсюда возникают проблемы зажигания горючей смеси. Предположительно, наиболее эффективным средством воспламенения здесь может быть форкамерно&факельное или факельное зажигание.

К числу газов с низкой теплотой сгорания относятся шахтный газ, угольный газ, биогаз (или биометан).

Особенностью всех этих газов является широкий диапазон возможного варьирования в составе газов содержания метана (от 35 до 5 %), а также других компонентов. В реализуемых системах питания таким газом следует предусматривать датчики контроля состава газа и устройство регулирования расхода его в функции от состава. Обяза& тельным условием создания таких систем должно быть условие нераспространения пламени во впускную магистраль.

Большинство таких газов требует предварительной сушки, удале& ния влаги, а также отделения серы (очистки от серы).

На шахтном метане предпочтительным является рабочий процесс с внешним смесеобразованием, что и предопределяет организацию газодизельного процесса.

В последние годы значительный интерес проявляется к использованию биогаза, получаемого при переработке отходов, очистке сточных вод, утилизации отходов сельского хозяйства, ферм и т.д.

Схема установки по использованию биогаза показана на рис. 6.12. После газгольдера&генератора обычно проводят компримирование

биогаза в целях создания условий его хранения и повышения массовой теплоты сгорания.

Принципиально доказано, что при соответствующей доработке топливной аппаратуры биогаз в полной мере может заменить бензин в качестве моторного топлива в автомобильном транспорте. Использо& вание его для собственных нужд – для автотранспорта, обслуживания животноводческих ферм, птицефабрик и т.д. – может дать ощутимый экономический эффект.

Использование указанных газов не имеет прямого отношения к общей проблеме использования газа в качестве топлива.

236

Биогаз из газгольдера

Рис. 6.12. Схема компрессорной установки, работающей на биогазе:

1 – компрессор; 2, 3 – электродвигатели; 4 – центробежный нагнетатель; 5 – масляный насос; 6 – перепускной клапан; 7– масляный бак

Однако эксплуатация двигателей на таком газе может стать школой накопления опыта работы с газовыми двигателями ввиду возможности этих двигателей работать как на биогазе, так и на природном газе. Разработка и практическое применение таких ДВС могут ускорить внедрение природного газа в качестве топлива на энергетических и транспортных средствах.

Контрольные вопросы

1.Применение легких синтетических парафиновых углеводородов.

2.Применение газоконденсатных топлив.

3.Применение метанола в качестве топлива.

4.Гибридная схема дизеля с принудительным зажиганием.

5.Назначение, устройство и принцип работы систем, работающих на биогазе.

6.Назначение, устройство и принцип работы систем, работающих на водороде.

7.Назначение, устройство и принцип работы систем, работающих на метаноле.

237

7. НЕИСПРАВНОСТИ И СПОСОБЫ ВЫЯВЛЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ ДВИГАТЕЛЕЙ

7.1. Общие сведения о неисправностях систем питания двигателей

Система питания должна обеспечивать приготовление горючей смеси необходимого состава и количества в зависимости от режима работы двигателя. Показатели работы двигателя, такие, как мощность, приемистость, экономичность, долговечность и легкость пуска, зависят не только от технического состояния системы питания, но и от качества топливовоздушной смеси. Применение топлива более низкого качества может привести к ненормальной работе двигателя (детонация, образо& вание нагара, перерасход топлива, прогар прокладок головок цилинд& ров, головок клапанов и т.д.).

Несвоевременный и недостаточный уход за приборами системы питания, трубопроводами, приводами управления подачей топлива и воздуха могут привести к опасности возникновения пожара, наруше& нию подачи топлива, переобогащению и переобеднению горючей сме& си, перерасходу топлива, нарушению нормальной работы двигателя, потерям мощности и приемистости, затруднительному пуску и неус& тойчивой работе двигателя на холостом ходу. Перед тем как присту& пить к устранению неисправностей топливной системы карбюратор& ного двигателя, необходимо убедиться, что причиной ухудшения работы автомобиля не являются дефекты других узлов и систем, особенно системы электрооборудования.

ТО системы питания заключается в своевременной проверке герме& тичности и крепления топливопроводов, трубопроводов впуска горю& чей смеси и выпуска отработавших газов, действия тяг приводов дрос& сельных и воздушной заслонок карбюратора, в проверке работоспособ& ности ограничителя максимальной частоты вращения коленчатого вала. Также в очистке и промывке топливных и воздушных фильтров согласно установленной периодичности ТО, в разборке, промывке и регулировке карбюратора.

У автомобиля с двигателем, работающим на сжиженном или сжатом газе, необходимо перед выездом на линию проверить состояние и крепление газовых баллонов, редуктора, вентилей, смесителя (карбю& ратора&смесителя), электромагнитного клапана и другого оборудова& ния, герметичность соединений газовой системы на слух при открытых расходных и магистральных вентилях, легкость пуска и работу двигателя на холостом ходу и при различных частотах вращения

238

коленчатого вала, работу двигателя на бензине. Для газовой топливной системы, кроме того, производят выработку газа, проверяют работу редуцирующего и предохранительного клапанов, при необходимости регулируют давление газа.

Ктехническому состоянию системы питания дизеля предъявляют& ся особые требования, гарантирующие безотказную и надежную работу топливной аппаратуры. Вызвано это тем, что плунжерные пары топливных насосов высокого давления и игла с корпусом распылителя форсунки (попарно) обработаны и притерты с высокой точностью и представляют собой прецизионные пары, в которых замена одной из деталей деталью из другой пары не допускается.

На систему питания дизелей приходится до 9% всех неисправ& ностей автомобилей. Характерными неисправностями являются: нарушение герметичности и течь топлива, особенно топливопроводов высокого давления; загрязнение воздушных и особенно топливных фильтров; попадание масла в турбонагнетатель; износ и разрегули& ровка плунжерных пар насоса высокого давления; потеря герметич& ности форсунками и снижение давления начала подъема иглы; износ выходных отверстий форсунок, их закоксовывание и засорение. В качестве выбранного объекта исследований рассматривается топлив& ная система и дизельный двигатель автомобиля, устанавливаемый на грузовых автомобилях КАМАЗ Российского производства.

Принципиальная схема топливной системы включает в себя: то& пливный бак, топливопроводы низкого давления, фильтр грубой очистки, топливоподкачивающий насос, фильтры тонкой очистки то& плива и топливную систему высокого давления.

Косновным элементам топливной системы высокого давления

относятся:

топливный насос высокого давления (ТНВД);топливопроводы высокого давления;форсунки.

Указанные элементы обеспечивают систему подачей топлива в ци& линдры двигателя, что способствует при правильной регулировке пода& вать топливо в необходимые моменты по времени и продолжитель& ности подачи топлива (количества подаваемого топлива).

Элементы ТНВД включают в себя:корпус;кулачковый вал;

прецезионную пару;подпружиненный клапан.

239

Элементы форсунки включают в себя:

–корпус;

–иглу;

–пружину.

Данные устройства обеспечивают работу двигателя на необхо& димых режимах в процессе работы автомобиля.

С теоретической точки зрения топливная система представляет собой совокупность последовательно соединенных элементов, отказ одного из которых способен привести к неисправности или полному отказу всей системы.

Отказ одного или нескольких элементов приводит к нарушению работы всей системы с заданными характеристиками и параметрами. При этом автомобиль может сохранить способность к движению при нарушенных параметрах топливной экономичности, экологичности, мощности и др., что равносильно отказу всей системы.

Анализ статистических данных по отказам элементов автомобилей КАМАЗ, МАЗ при их эксплуатации в условиях России

В процессе проведения экспериментальных исследований по сбору статистического материала по отказам элементов автомобилей, кроме отказов по двигателю, рассматривались отказы по трансмиссии, ходо& вой части, тормозной системе, рулевому управлению и электрообо& рудованию.

Для анализа были взяты автомобили с пробегом до 400000 кило& метров.

Среди всех вышедших из строя элементов отказы по двигателю, трансмиссии, ходовой части, тормозной системе, рулевому управлению и электрооборудованию распределились следующим образом: двига& тель – 39 %, трансмиссия – 18 %, электрооборудование – 9 %, тормоз& ная система – 16 %, рулевое управление – 3 %, гидравлическая система — 6 %, кузов — 1 %.

Собранные статистические материалы позволили выявить, что значительная часть отказов по своим проявленным диагностическим показателям указывает на отказы и неисправности в системе высокого давления подачи топлива. Вместе с тем более детальная обработка материалов и проведенные работы по диагностированию и выявлению причин неисправностей позволила сделать заключение, что 39 % отказов действительно относятся к отказам по двигателю, а 38,5 % из них – отказы и неисправности в системе высокого давления подачи топлива.

240